工业领域绿色低碳技术应用案例9 漂珠耐火隔热板的研发应用与推广项目.docx

案例9漂珠耐火隔热板的研发应用与推广项目主要完成单位：河南安筑新材料科技有限公司主要完成人员：何其深、张爱军、危怡忠、李万纲、李亚辉、黄丽萍漂珠耐火隔热板是一种轻质隔热材料，通常由氧化铝、硅酸铝等耐火材料为主要原料，经过混合、成型、烧结等工艺制成的板状材料。其常被用于工业炉窑、炉膛、管道、热处理设备等部位的隔热保温，能够有效地减少热能损失，提高设备的能源利用效率。一、项目背景随着建筑防烟排烟系统技术标准GB51251-2017的正式实施，标准对防排烟风管的耐火极限做出了明确的强制性要求，对组成防排烟风管的材料同时具备耐火性和隔热性提出了严格要求。目前市场上没有一款能够满足耐火性与隔热性兼容的一种材料，应用于多种急需解决此问题的应用场景，特别是在核电领域，目前在核心设备的关键部位所用的隔热保温材料全部从国外进口，防火管道内部的防火隔热产品90%以上也要从国外进口，材料安全受制于人的局面如不得到改观，将对国家核电项目快速发展建设和投产安全运营产生严重影响。在国防军工、核电、石油化工、医药、食品酿酒、电子信息、高温管道及汽车制造等领域的应用领域，也急需有一种既防火又保温隔热的新材料来解决节能降耗，控制生产经营当中可能出现的风险问题。在传统材料科学领域，耐火材料通常密度大、导热系数高，不具备良好的保温和隔热性能，而隔热保温材料密度小、导热系数低，但又不具备高耐火性能。为此，亟需自主研发了一款融轻质性(更轻更薄)、耐火性和隔热保温性完美融为一体的漂珠耐火隔热板，并可形成稳定的工业化、规模化生产。河南安筑新材料科技有限公司开展的漂珠耐火隔热板的研发应用与推广项目，以具有高耐火度(1400Co),保温隔热(0045Wmk)、轻质高强(lSOkg/m?)的漂珠作为核心原材料，运用水热合成刻蚀技术+复合添加剂，解决了物料的耐火和隔热性能不能融为一体的难题，同时采用真空压制成型工艺、溶胶-凝胶工艺与复合添加剂技术，在实现产品超薄化的同时，提高产品的呼吸透气性、结构韧性、隔热性与理化性能，提升产品稳定性，延长材料使用寿命。图1漂珠生产工艺流程图二、创新点及相关技术内容创新点1：创新水热合成刻蚀技术传统的轻质隔热耐火制品通常采用传统的混合、成型、烧结等工艺制备，使得产品结构表现较弱。针对上述问题，项目首次采用水热合成刻蚀技术，在恒温恒压的环境中，用水作为媒介，使物料在反应釜中发生反应，形成链式网状结构相互纠缠包裹、微米一纳米介孔与闭孔并存的显微结构，这种结构与国内传统的轻质隔热耐火制品有着本质上的区别。表1漂珠耐火隔热板与传统保温隔热板的性能对比材料名称使用温度(C)常温导热系数W(m.k)Ioo(TC导热系数W(m.k)漂珠耐火隔热板13000.0550.098酚醛(高分子发泡材料)2000.032无玻璃棉板4000.040无岩棉板6000.040无硅酸钙板6500.300无防火用硅酸钙板8000.200/创新点2:延伸水热合成过程理论传统制备方法可能不涉及水热合成或者采用不同的反应条件和环境,且生成产品的透气性、韧性、隔热性能以及整体性能相对较差。为解决上述问题，项目在水热合成过程中，在恒温恒压(310C3MPa、12H)的环境中，水的作用是溶解和膨化、促进压力传递，加速渗透反应和控制其过程的物理化学因素，实现氧化钙与各种物料、结合剂、添加剂的充分反应，制备出的物料，晶粒发育完整、粒度分布均匀、消除了氧化钙的水化性能。同时引入多种功能性添加剂，加入增强纤维质材料，提高产品呼吸透气性能；加入纳米材料，增强制品结构韧性；加入反射红外物质，限制制品的热传导，提升隔热性能；加入碱性过渡金属氧化物，实现制品整体性能提升。创新点3：创新依托水热合成技术的工艺配方项目创新依托水热合成技术改进工艺配方，产出材料与所有的隔热保温板材完全不同。工艺配方突出多种功能性添加剂的功效性能，通过水热合成技术，使物料分子之间形成链式网状结构相互缠绕包裹、微米一纳米介孔与闭孔并存的显微结构，此结构是漂珠耐火隔热板具备优良性能的关键所在。传统隔热保温板材大多数采用振动成型或蒸压养护成型，而漂珠耐火隔热板采用IOoO吨压力机经真空压制成型，坯体材料强度大，成品率高，还能生产超薄型板材，满足市场上不同需求。创新点4：创新使用结构不同于传统相对单一的材料应用方式，项目产出材料在结构应用方面有以下几种形式，包括包在管道外面的“外包式”，镶嵌在管道内壁上的“内嵌式”，以及使用漂珠耐火隔热板制作成形状不同的管道、不依托任何金属构件做支撑的“独立式”三种。目前，项目材料主要应用到核岛等项目的核心关键部位，而传统材料不能满足该项技术要求。在满足系统功能要求的前提下，传统产品在防火防排烟管道内需3-8层耐火隔热层，涂抹高温粘接剂的结构，采用漂珠耐火隔热板只需一层。三、经验总结与推广价值漂珠耐火隔热板的研发应用与推广项目应用范围广泛，在核电核常、建筑安全、能源化工、国防设施、石油冶炼、节能减排、军工装备、设施安全、隧道安全等领域中均表现良好，具有吸音降噪、强度高、抗冲刷、高耐久、高隔热、耐高温、可塑性高且抗辐射的特点。项目具有良好的经济、环境与社会效益。根据河南安筑新材料科技有限公司的测算结果，项目填补了国内空白的先进技术、实现了进口替代，解决了耐火隔热材料的“卡脖子”问题，且价格仅是国外同类产品的30%有效降低了综合投入成本。在节能降耗方面，项目材料导热系数低，常温导热系数W0.040W(mk),100OC。导热系数约为。078W(mk),100OCo×16h,线收缩率0.7%,隔热性能好，比传统材料降低能耗30%。同时，产品用电节约30%以上，用水节约80%以上，采用工业废弃物粉煤灰为主要原材料，每年降低碳排放17万kg的二氧化碳排放，用电节省35000度工业用电，减少34895kg的二氧化碳排放,用水节约4800立方，减少1632kg的二氧化碳排放，合计减少206527千克的二氧化碳。因此，推广漂珠耐火隔热板的研发应用与推广项目经验，有助于企业了解相关领域绿色低碳转型前沿进展，直接或间接提升企业经济与环境综合效益。